为了加工直径320 mm,高度250 mm的工件,在保证各类相关尺寸的情况下设计了一种床身和龙门框架为矿物质材料的五轴直驱复合加工中心。为了减轻机床的质量并降低其重心,对矿物质材料龙门框架进行以提高模态性能和柔度最小化为目标的拓扑优化设计,再用多目标遗传算法对拓扑优化后的龙门框架进行尺寸优化,并前后多次对其动、静态性能进行仿真分析和比较。对比市场现有铸铁龙门框架与最终优化后的矿物质材料龙门框架,结果显示矿物质材料龙门框架质量上降低了15.03%,最大变形降低了8.7%,最大应力降低56.68%,一阶固有频率增大了23.45%。优化后的矿物质材料龙门框架在静、动态特性以及轻量化方面都要明显优于铸铁龙门框架支承件。

为提升车床的静动态特性,提出一种新的筋板设计方法。该方法结合了拓扑优化以及尺寸优化,以变密度拓扑优化方法为基础,构建工作台模型;按照建立的优化模型,对筋板结构、布局进行全面规划设计;对新设计结构进行仿真和试验。结果表明工作台底座的1阶固有频率提高了7.59%,质量减少了8.73%;前3阶固有频率增加了约8%,验证了该筋板设计方法的有效性。

针对液压疲劳试验机中连杆质量过大所造成的各种弊端,首先通过动力仿真确定了连杆所受的极限载荷,然后采用有限元分析软件对连杆进行了拓扑优化,确定了连杆结构改进的初始方案,再对连杆进行尺寸优化,从而确定了连杆结构改进中的关键尺寸参数.最后对连杆进行了强度校核,结果表明所优化的连杆强度满足相关要求.

以25T型客车碳钢车体为研究对象,对车体结构进行尺寸优化分析。首先,在给定的静强度计算工况下,通过灵敏度分析,确定了对体积和应力影响较大的车体结构;然后,以应力作为约束,以车体结构重量为优化目标,对部分结构板厚进行优化,并对得到的理论优化板厚进行圆整处理;在尺寸优化结果的基础上,结合25T车体结构受力特点,拟定了三种优化方案,并对三种优化方案进行了强度、刚度和减重效果的对比分析,最终确定了车体的最优化方案。

为解决现役各种自行火炮炮塔拆装台架通用性差、种类冗杂的问题,通过分析其尺寸需求,设计了一种变径炮塔拆装台架,为实现拆装台架的轻量化设计并提高台架刚强度,提出了拓扑优化和尺寸优化相结合的目标交互优化设计方法.首先,以台架最易发生破坏的托盘质量最小为优化目标,最大许用位移、许用应力为约束条件,单元密度为设计变量,对托盘进行拓扑优化;然后,对拓扑优化结果进行规整,以提高刚强度为优化目标,质量不增加为约束条件,重要尺寸参数为设计变量,对托盘进行尺寸优化.结果表明,优化后托盘质量由1 421kg减为1 032kg,结构刚强度均有较大幅度提高,并通过工装试验验证了优化结果的有效性.

针对传统金属带式无级变速器难以提供足够大扭矩的问题,介绍了一种新型机械式无级变速器—活齿无级变速器。在分析了活齿无级变速器的工作原理和活齿啮合原理的基础上,通过SolidWorks建立活齿无级变速器的几何模型,利用ANSYS Workbench对活齿单元中的核心部件—滑片进行有限元分析,得到了滑片的等效应力和等效应变云图。在分析计算结果的基础上,对滑片进行了优化设计,并对得出的优化模型进行静力分析,结果表明：滑片的厚度由2.5mm减小到1.6mm,变化率达到36%,优化效果明显,结构更加合理,为进一步研究活齿无级变速器提供了参考依据。

应用ANSYS Workbench软件对停车设备的起重台板架进行三维结构拓扑优化探讨,寻求台板体积最小的合理形状;再利用平台的Design Explorer模块所提供的DOE技术分析了台板各支撑梁截面尺寸的变化与应力、应变、和总重量之间的关系,从而选出最优截面参数。最终结果表明,优化方法可减少起重台板架约25.7%的重量。

为保证支腿可靠、稳定地工作,利用有限元方法对花键、花键套进行刚强度分析和支腿屈曲分析,校核花键、花键套的刚强度和支腿的稳定性。通过尺寸优化法优化支腿半径,实现轻量化,并检验优化尺寸下支腿的稳定性和刚度。结果表明,花键、花键套最大应力为269.2 MPa、最大位移为2.56 mm,屈曲因子为6.25,花键、花键套的刚强度和支腿的稳定性均能满足要求;当支腿活塞半径减少了24%,稳定因子为2.24,支腿稳定性依然满足要求。

为提高某精密铣齿机床身的动静态性能,运用截面拓扑优化方法寻找床身截面的最佳截面形状,结合有限元法的变量化灵敏度分析法,对床身截面结构中的一些关联尺寸进行灵敏度分析研究,对床身结构进行改进优化。通过与原床身结构进行比较,分析结果表明,优化后的床身的动静态性能得到了明显的改善。

随着轨道列车速度的提升,对其轻量化的设计也提出了要求。空调箱体作为轨道列车空调机组的重要组成部分,是影响列车安全运行的重要因素之一。为了满足列车轻量化设计的要求,本文在满足强度要求的基础上对空调箱体进行轻量化设计。首先利用 Ansys 对空调箱体进行静强度分析,并根据空调箱体质量分布的特点,对箱体的压缩机底板和盖板在 OptiStruct 中进行形貌优化,对箱体侧板厚度进行尺寸优化,最后对优化后的模型进行疲劳强度校核。研究结果表明论文所提出的优化方案在满足疲劳强度要求的情况下质量降低了 5.39%,实现了空调箱体轻量化的设计要求。论文的研究为列车空调箱体的结构优化设计提供参考,具有一定的实际应用价值。